破碎圍巖巷道新型支護(hù)技術(shù)研究

魏興振

摘要：巷道支護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在金屬礦山開采技術(shù)中占有較大比重，是地下安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容。金屬礦山巷道支護(hù)面臨高地應(yīng)力、圍巖破碎等復(fù)雜因素的影響，羊拉銅礦井巷工程施工中遇到部分破碎圍巖，支護(hù)效果不理想，需對(duì)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：破碎圍巖；巷道；支護(hù)技術(shù)

引言：

目前，金屬礦山破碎圍巖巷道的穩(wěn)定控制和支護(hù)理論和技術(shù)還不成熟。由于巷道斷面形狀的不同，破碎圍巖的性質(zhì)和使用年限的不同，金屬礦山巷道破碎圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)能力有很大的不同。羊拉銅礦在3350中段、3225中段等井巷工程在施工中遇到破碎圍巖和部分泥性巖石，支護(hù)效果不理想，威脅井下安全，需對(duì)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究。

1破碎圍巖控制技術(shù)

1.1破碎圍巖控制原理

采用破碎圍巖強(qiáng)化控制原理控制特大斷層破碎帶巷道的施工安全和長期穩(wěn)定，包括以下4個(gè)方面：

破碎圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化。通過化學(xué)粘接材料使斷層破碎帶內(nèi)松散破碎圍巖形成一個(gè)整體，提高斷層破碎帶內(nèi)松散破碎圍巖的強(qiáng)度。

超前支護(hù)。通過在圍巖中預(yù)打鋼針，能夠?qū)⒁咽褂没瘜W(xué)粘接材料粘接成整體的松散破碎圍巖通過超前插鋼針將其固定在巷道頂部，有效地防止了松散巖體的垮落。

噴漿。掘進(jìn)作業(yè)施工完一循環(huán)后及時(shí)組織噴漿，使初噴緊跟工作面，將破碎圍巖與空氣隔絕防止破碎圍巖風(fēng)化，提高破碎圍巖的強(qiáng)度，初噴厚度不小于80mm。

支護(hù)圍巖承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化。通過 U29 鋼棚二次支護(hù)，使巷道支護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)，提高支護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

1.2圍巖控制技術(shù)

預(yù)注化學(xué)粘接材料技術(shù)。在施工迎頭拱頂區(qū)扇形預(yù)注化學(xué)粘接材料，對(duì)預(yù)開挖區(qū)2～6m范圍內(nèi)的巖體加固，提高巷道頂板區(qū)域圍巖的整體穩(wěn)定性及施工通過能力，降低水對(duì)圍巖力學(xué)性質(zhì)的影響?；瘜W(xué)注漿材料馬麗散NS是由兩種組分組成的無機(jī)復(fù)合材料，兩種組分按照1∶1的體積比混合發(fā)生反應(yīng)?；旌虾蠓磻?yīng)生成一種有彈性、不發(fā)泡、壓縮力大的塊狀聚合物。當(dāng)混合物被注入煤巖體后，會(huì)滲透到裂隙和空隙中并發(fā)生固化，與煤巖體產(chǎn)生高度粘合，可承受地壓的長期作用。

注馬麗散鉆孔。在工作面正前方頂部及兩腮角范圍注漿加固巷道頂板，為后期掘進(jìn)施工做準(zhǔn)備。從迎頭正前方開始布置注馬麗散鉆孔，在距離頂板0.5m位置開孔，孔距離1m，仰角45°，孔深6m，前端放置2個(gè)注射花管，封孔在距離孔口1.5m位置。如果出現(xiàn)注不進(jìn)的情況，可以調(diào)整注漿孔角度和深度，盡量保證單孔注漿量不少于10組。

采用預(yù)注鋼針法解決掘進(jìn)超前支護(hù)。先注化學(xué)粘接材料將超前破碎圍巖固化為整體后，再沿巷道頂板輪廓線的角度打一排與巷道中心線平行的32mm鉆眼，內(nèi)注25.4mm×3000mm的鋼管作為鋼針，鋼針間距0.15m，將網(wǎng)固定在鋼針上，最后從外向內(nèi)進(jìn)行錨索支護(hù)；預(yù)注鋼針作為超前支護(hù)。

2支護(hù)結(jié)構(gòu)與手段強(qiáng)化的新型錨桿支護(hù)技術(shù)研究

高強(qiáng)度錨桿和錨索支護(hù)在淺巷道支護(hù)中能取得較好的效果。但是，高壓巷道的應(yīng)用存在很多問題。例如，錨桿的預(yù)應(yīng)力低、強(qiáng)度差、抗沖擊能力弱，隨時(shí)可能引起拉拔或失效；錨索直徑小、強(qiáng)度小、延展性小、匹配性??；造成滑動(dòng)失效。鋼帶強(qiáng)度低、剛度小，易撕裂、拉拔，導(dǎo)致支護(hù)失敗。這些巷道支護(hù)問題，慢慢成為影響金屬礦山開采的技術(shù)瓶頸，迫切需要解決。經(jīng)過研究分析，得出錨點(diǎn)效應(yīng)如下：

2.1錨桿在巷道支護(hù)的作用與時(shí)效

（1）錨桿的作用主要是提高發(fā)生變形破壞的圍巖的強(qiáng)度。

（2）錨桿對(duì)不連續(xù)圍巖的增強(qiáng)作用如下。錨桿提供軸向和切合力以增加剪切強(qiáng)度。最后，提高了結(jié)構(gòu)面和節(jié)理礦山巷道的整體強(qiáng)度、完整性和穩(wěn)定性。

（3）錨桿對(duì)圍巖施加應(yīng)力，可以有效改善圍巖的應(yīng)力環(huán)境。壓縮應(yīng)力產(chǎn)生的摩擦阻力可以提高抗剪性能。

2.2礦山巷道錨桿支護(hù)核心技術(shù)研究

隨著開采深度的增加，破碎巖石的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和應(yīng)力都有不同程度的變化。影響錨桿支護(hù)功能的主要因素是什么，如何充分發(fā)揮錨桿的活動(dòng)能力，提高巷道支護(hù)效果是我們研究的首要問題。在施工過程中，礦山巷道變形的主要表現(xiàn)為水平剪力和軸力引起的膨脹變形。提高錨桿支護(hù)系統(tǒng)整體剛度是解決該問題的關(guān)鍵。為了改善支護(hù)的剛度，主要有兩個(gè)措施：1是施加更大的預(yù)應(yīng)力，2是使用擴(kuò)展錨固使桿體對(duì)破碎圍巖的脫層和脫位敏感，并及時(shí)控制破碎圍巖脫層脫位的變化。

因此，提高預(yù)緊力是巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。在錨桿支護(hù)的早期階段，對(duì)錨桿施加較大的預(yù)緊應(yīng)力，提高了擰緊的效果。它可以控制巖層中原有的裂縫和空隙，使各巖層緊張收縮，同時(shí)提升錨定區(qū)內(nèi)巖層的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，并提高了巖層的整體性能。當(dāng)錨桿預(yù)緊力達(dá)到60-70kn時(shí)，圍巖淺部離層基本消除。錨桿初始強(qiáng)度預(yù)緊力與巷道破碎巖松動(dòng)膨脹變形的關(guān)系：錨桿初始支護(hù)強(qiáng)度與破碎巖的膨脹變形呈負(fù)相關(guān)。錨索預(yù)應(yīng)力在巖土加固工程中的重要作用已得到廣泛證實(shí)。

2.3礦山巷道錨桿支護(hù)參數(shù)選取

礦山巷道的錨桿支護(hù)技術(shù)不僅取決于錨桿的強(qiáng)度?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)證明，高強(qiáng)度錨桿的支護(hù)效果不一定是最好的。只有當(dāng)錨桿與破碎圍巖的形成載體對(duì)周圍荷載同步時(shí)，才能起到支護(hù)作用；破碎圍巖的承載能力不能有效調(diào)動(dòng)，錨就不能充分發(fā)揮作用；破碎的巖石會(huì)隨之掉落，結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。為了提高錨桿預(yù)載力，礦山巷道錨桿支護(hù)參數(shù)的確定原則是：高預(yù)應(yīng)力（桿體屈服載荷的35-55%）技術(shù)；采用擴(kuò)展錨桿；提高支護(hù)表面構(gòu)件的剛度；錨桿錨索匹配，確保整體支護(hù)性能；提出臨界支護(hù)強(qiáng)度和剛度的概念，支護(hù)設(shè)計(jì)初始強(qiáng)度不能低于臨界值。同時(shí)，軟巖隧道圍巖控制的關(guān)鍵技術(shù)體系主要體現(xiàn)在高強(qiáng)支護(hù)等技術(shù)措施上，如：小孔徑預(yù)拉錨索、巷道滯后注漿技術(shù)和封閉u型棚。

結(jié)束語：

（1）根據(jù)破碎巷道支護(hù)原理，結(jié)合礦區(qū)破碎圍巖巷道變形特性規(guī)律，提出了“勘探、注入、錨”破碎圍巖巷道的主動(dòng)支護(hù)技術(shù)。改進(jìn)了“探、注、錨”支護(hù)巷道技術(shù)。

（2）經(jīng)濟(jì)方面。設(shè)計(jì)支護(hù)方案錨桿及錨索布置較原支護(hù)方案略密集，在前期施工中成本相較原支護(hù)較大，但由于原支護(hù)方案支護(hù)效果不佳，巷道較多部位變形較大，需補(bǔ)打較多錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。綜合比較，新設(shè)計(jì)支護(hù)方案比原支護(hù)方案成本更低。

（3）施工方面。由于該礦巷道巖性泥巖居多，且破碎圍巖較為破碎，打錨桿、錨索相對(duì)容易，但要注意安全問題。

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（作者單位：云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司）